專利名稱：復絲碳纖維及生產該種纖維的閃紡加工機械的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于將碳質瀝青轉化為適于作為復絲碳纖維或石墨纖維的前驅體的瀝青纖維的閃紡方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于將一碳質瀝青分散體閃紡成復絲瀝青纖維的方法。該種瀝青纖維可經穩(wěn)定及碳化或石墨化以生產具有低體積密度、開孔性及一不規(guī)則表面的復絲碳纖維。該種復絲碳纖維可與基質材料結合以生產輕質的導熱及/或導電性復合材料。
背景技術：
傳統的瀝青基碳纖維通常由碳質瀝青的熔融紡絲或吹紡制成。在吹紡操作中，氣體在纖維自噴絲板毛細孔引出時將其抽長，而在熔融紡絲中則通過一拉緊輥拉緊纖維以生產預定抽長度的纖維。
例如，如美國專利第3,081,519號所闡述者，閃紡工藝已用于自包括聚烯烴及一溶劑的紡絲溶液生產一纖維。在一典型的閃紡工藝中，將紡絲溶液加熱、加壓并使其通過噴絲孔至一溫度及壓力較低的區(qū)域。當該紡絲溶液離開該噴絲孔時，溶劑迅速蒸發(fā)，此可生成纖維網狀結構的聚烯烴纖維。
除聚烯烴成分外，閃紡混合物還可包括衍生自煤焦油或石油的碳質瀝青。在美國專利第5,308,598號中，制備一包含7-22重量％的碳質瀝青、0.3-5重量％的聚乙烯及74.5-92.7重量％的有機液體(例如，脂肪族或芳族烴)的紡絲混合物。將此紡絲混合物加熱、置于至少7000千帕(1000磅/平方英寸[表壓])的壓力下并使其通過噴絲孔至一環(huán)境區(qū)域以形成一纖維網狀瀝青/聚乙烯復合材料。該初紡纖維包括多股的一纖維網狀網絡結構，稱為叢絲結構。該等初紡纖維沿且穿過每一股在多個連結點連接且具有至少為1.0平方米/克的高比表面積。該初紡纖維為柔性且可形成一環(huán)或在一結頭打結。閃紡后，視情況該初紡纖維可進一步用傳統碳化及石墨化處理法來處理。

發(fā)明內容
闡述于美國專利第5,308,598號的叢絲瀝青/聚乙烯復合纖維系使用包含碳質瀝青、聚乙烯及過量脂肪族或芳族烴的紡絲混合物制成。聚乙烯可使紡絲混合物具有成膜性，此產生保持柔韌性的初紡叢絲復合纖維。將該種初紡纖維石墨化以生產一期望其不具備高抗伸強度、高導電性碳纖維的經拉伸中間相區(qū)域特征的脆性材料。
一方面，本發(fā)明可提供其長度約為100微米至約5000微米之間、直徑約為10微米至約100微米之間且縱橫比介于5∶1至500∶1之間的復絲瀝青、碳及石墨纖維。該纖維的體積密度較佳介于0.05至0.5克/立方厘米之間。復絲纖維由一閃紡工藝制備且具有非線性、具支鏈、高度不規(guī)則的三維形態(tài)。該些纖維易于與使用傳統(熔融紡絲或吹紡)碳纖維工藝生產的圓柱形、棒狀纖維區(qū)分開來。該種閃紡纖維具有內部空穴且其表面與通常光滑的傳統碳纖維表面相比更加不規(guī)則。然而，與傳統碳纖維類似，本發(fā)明的閃紡纖維也具有緊密堆積且連續(xù)的拉伸石墨區(qū)域。
該表面形態(tài)提高了與聚合物樹脂的相容性并降低了與樹脂混合前對石墨化纖維表面處理的需要。衍生自該紡絲混合物的石墨化纖維也具有一較低體積密度，其可在低裝載量下在樹脂中提供高度纖維-纖維間接觸。連續(xù)拉伸石墨區(qū)域的存在為纖維網絡提供了較高的抗伸強度及優(yōu)良的傳熱及導電性。在相同裝載量下與傳統纖維的觀察結果相比，纖維的該傳熱及導電性又可進一步增強復合材料的傳熱及導電性。
本發(fā)明的第二方面是提供一可用于生產復絲纖維的閃紡混合物。該閃紡混合物為一過量碳質瀝青于一閃蒸劑中的分散體，且較佳包括約55重量％至約99重量％的碳質瀝青及約1重量％至約45重量％的閃蒸劑。在另一實施例中，本發(fā)明涉及一包含碳質瀝青及水性閃蒸劑之分散體的閃紡混合物。與美國專利第5,308,598號闡述的紡絲混合物相比，此閃紡混合物包括更少量的揮發(fā)性有機化合物及更高濃度的前驅體。
本發(fā)明的第三方面是提供一種制備纖維的方法，該方法包括(a)提供一種包含過量碳質瀝青及一閃蒸劑之分散體的紡絲混合物；及(b)使該紡絲混合物自一高壓區(qū)域經一噴絲孔至一低壓區(qū)域以形成瀝青纖維。視情況該瀝青纖維可在一適當溫度下經穩(wěn)定及/或碳化及石墨化以形成碳纖維或石墨纖維。
本發(fā)明的第四方面是提供一種制備多孔膜的方法，該方法包括(a)提供一種包含過量碳質瀝青于一閃蒸劑中之分散體的紡絲混合物；及(b)使該絲混合物自一高壓區(qū)域經一噴絲孔至一低壓區(qū)域以形成瀝青纖維；(c)收集受熱表面上的瀝青纖維以形成一墊；及(d)進一步處理該墊以形成多孔碳或石墨膜。
本發(fā)明的第五方面是提供一種制備聚合樹脂的方法，該方法包括(a)提供一種包含過量碳質瀝青于一閃蒸劑中之分散體的紡絲混合物；及(b)在一高壓區(qū)域中將該紡絲混合物加熱及加壓；(c)使該紡絲混合物自一高壓區(qū)域經一噴絲板至一低壓區(qū)域以形成瀝青纖維；及(d)穩(wěn)定及石墨化該瀝青纖維；且(e)將該經穩(wěn)定的纖維納入一聚合樹脂中。
本發(fā)明的第六方面是提供一種增強聚合樹脂的熱傳導系數的方法，該方法包括將衍生自包含過量碳質瀝青及一閃蒸劑之分散體的紡絲混合物的碳纖維納入該樹脂。
本發(fā)明的一或多個實施例的詳細內容將結合下文的附圖及說明闡述。通過該說明及附圖以及通過權利要求將易于了解本發(fā)明的其他特征、目的及優(yōu)點。
附圖簡單說明

圖1A是實施例1的瀝青纖維經掃描電子顯微鏡放大20倍的照片。
圖1B是實施例1的瀝青纖維經掃描電子顯微鏡放大50倍的照片。
圖2A是實施例2的瀝青纖維經掃描電子顯微鏡放大60倍的照片。
圖2B是實施例2的瀝青纖維經掃描電子顯微鏡放大1500倍的照片。
圖3是瀝青纖維經放大3000倍的照片，其展示實施例2纖維的石墨內部結構。
圖4是描述一包含閃紡纖維的環(huán)氧復合材料之熱傳導系數圖。
圖5是實施例4的纖維經掃描電子顯微鏡放大180倍的照片。
圖6A是展示包埋于一環(huán)氧樹脂的實施例10C之纖維經掃描電子顯微鏡放大1200倍的截面圖照片。
圖6B是展示包埋于一環(huán)氧樹脂的實施例10C之纖維經掃描電子顯微鏡放大1500倍的截面圖照片。
圖7A是實施例14的纖維經掃描電子顯微鏡放大35倍的照片。
圖7B是實施例14的纖維經掃描電子顯微鏡放大500倍的照片。
圖8A是實施例10C的纖維經掃描電子顯微鏡放大180倍的照片。
圖8B是實施例10C的纖維經掃描電子顯微鏡放大75倍的照片。
圖9是描述填充有復絲纖維(稱為“原絲”)的經碳填充的環(huán)氧復合材料之熱傳導系數圖。
圖10是實施例9中使用的閃紡裝置的示意性剖視圖。
圖11是一多孔碳膜經掃描電子顯微鏡放大180倍的照片。
各附圖中相同的參考符號代表相同的要件。
發(fā)明詳細說明本發(fā)明的一方面是提供一種紡絲混合物，其適于在閃紡工藝中使用以生產適于作為碳纖維或石墨纖維前驅體的瀝青纖維。該紡絲混合物是過量碳質瀝青及一閃蒸劑的分散體。
該碳質瀝青可包括(1)在天然瀝青生產工藝中生產的作為副產物的化合物；(2)在石腦油裂解工藝中獲得的作為副產物的石油瀝青及重油；及(3)自煤碳中獲得的高含碳量瀝青；及(4)其混合物或組合物。其中以石油瀝青為佳，其包含自石油餾出物或殘留物的催化熱裂解獲得的殘留碳質材料。該瀝青可為各向同性瀝青或各向異性瀝青或其混合物，但以各向異性瀝青(也稱為中間相瀝青)較佳。該中間相瀝青具有芳族結構，其可參與形成一高度取向的、視情況有序的各向異性相。
該瀝青可具有較寬的分子量范圍且可經干燥或溶劑化。干燥瀝青的溶劑含量小于該瀝青總重量的約5重量％，且通常小于約2重量％，其根據溶劑真空分離時重量損失確定。適宜的溶合瀝青可為各向同性或各向異性瀝青或其混合物，且通常其溶劑含量占該瀝青總重量的約5重量％至約40重量％，其根據溶劑真空分離時的重量損失確定。用于溶合瀝青的溶劑包括(例如)具有1-5個環(huán)結構的芳族化合物(例如，甲苯、菲及其類似物)及作為石油瀝青生產的副產物獲得的溶劑混合物(其包含具有1-4個環(huán)且分子量約為150-400的芳族化合物)。適宜的溶合瀝青包括闡述于(例如)美國專利第5,259,947號、第5,437,780號、第5,540,832號及第5,501,788號中者及那些可以商品名A 240自Marathon Ashland Petroleum公司(Columbus，OH)購得者及以商品名Mitsubishi AR自Mitsubishi Gas Chemical公司(東京，日本)購得者。
一溶合瀝青的軟化點或熔點(瀝青在10至20℃/分鐘的速率下加熱最先變?yōu)橐后w時的溫度)低于具有相同分子量的干燥瀝青的熔點通常至少約40℃。一包含具有特定分子量的溶合瀝青的紡絲混合物與包含具有相同分子量的干燥瀝青的其他類似紡絲混合物相比通?？稍谳^低溫度下閃紡。
較佳以過量碳質瀝青形成紡絲混合物(以該紡絲混合物的重量計至少約50重量％，較佳約55重量％至約99重量％)。
閃蒸劑的常壓沸點比預定閃紡溫度低至少約50℃。適宜的閃蒸劑包括水、極性有機溶劑、醇、具有1-12個碳原子的脂肪族烴、嗎啉、含氟烴(HFC)、含氯氟烴(HCFC)、全氟烴(PFC)、部分鹵代醚、非氧化性親水化合物、二氧化碳、氨、惰性氣體及其混合物。水是較佳的閃蒸劑。
閃蒸劑占紡絲混合物總重量的含量通常低于約50重量％，較佳介于約1重量％至約45重量％之間，更佳介于約3重量％至約45重量％之間。在約200-300℃的典型閃蒸溫度下，閃蒸劑的含量高于約3重量％可獲得一可接受的纖維產率。
該紡絲混合物可視情況包含一分散劑以增強閃蒸劑與瀝青之間的結合，從而控制其混溶性并改變該紡絲混合物的均一性。適宜的分散劑包括經氟化的表面活性劑(例如，那些可以商品名FC-95+及FC-98自3M(St.Paul，MN)購得者)、聚合物分散劑(例如，乙烯/乙烯醇共聚物、乙烯/酸共聚物及聚乙烯醇(PVA))及結構上與瀝青分子的芳族結構類似的具有環(huán)狀結構的芳族化合物。較佳的分散劑為具有至少1個(更佳為至少2個)環(huán)狀結構的有機化合物。尤佳分散劑為通常衍生自造紙工藝中的木質紙漿的松香及/或松漿油。適宜的松香包括木松香、松香及其混合物。適用的松香可為精制或非精制形式，但較佳為精制松香。松香通常由熟知的程序生產，該程序包括使松香與酸化合物(包括α，β-不飽和一元酸及多元有機酸及酸酐，例如，丙烯酸、馬來酸、反丁烯二酸、衣康酸及檸康酸及其酐)反應。適宜松香包括(例如)那些可以商品名Rosin S自Westvaco公司(Charleston Heights，SC)購得者。
松漿油為被稱為松香混合酸的多種松香酸及被稱為油酸的多種脂肪酸以及某些非酸性化合物的天然混合物?？墒褂梦唇浄逐s形式的松漿油或可使用一或多種松漿油的餾分或衍生物。適宜的松漿油包括(例如)那些可以商品名M-28-B自Westvaco公司購得者。
該因存在分散劑而得以改良的紡絲混合物均一性對閃紡工藝中最終生產的瀝青纖維的形態(tài)有顯著效果。與瀝青分子相鄰的閃蒸劑分子突然蒸發(fā)可使瀝青驟然膨脹為不規(guī)則的復絲形式。
分散劑的用量通常不超過紡絲混合物總重量的約8重量％，較佳不超過約4重量％且更佳介于約2重量％至4重量％之間。
視情況紡絲混合物也可包含一或多種增塑劑。適宜增塑劑包括具有1至4個環(huán)的芳族溶劑、相關的經氫化的芳族及雜芳族溶劑及其經含1至3個碳原子的烷基取代的衍生物以及低沸點瀝青溶劑(例如，氯仿或二硫化碳)。甲苯、二甲苯、菲、1，2，3，4-四氫化萘或包含芳族化合物的其他溶劑是較佳的增塑劑。
增塑劑可添加至紡絲混合物中以降低閃紡溫度。對于包含具有一定分子量的瀝青的紡絲混合物而言，增塑劑的存在可降低紡絲溫度。視選擇用于紡絲混合物的瀝青而定，該增塑劑的用量通常不超過該紡絲混合物總重量的約20重量％。
存在于溶合瀝青中的溶劑亦可在紡絲混合物中提供增塑功能。故，對于具有一定熔點的瀝青而言，含溶合瀝青的紡絲混合物通常需要少量增塑劑或不需增塑劑即可在給定溫度下生產瀝青纖維。然而，在該申請案中，溶合瀝青中的溶劑歸為瀝青的總重量且不將其視為紡絲混合物中增塑劑總重量的一部分。
紡絲混合物可用于生產適于作為碳纖維及石墨纖維前驅體的瀝青纖維的工藝中。在此工藝中制備一紡絲混合物，該紡絲混合物包含高于約50重量％(較佳介于約55重量％至約99重量％之間)的碳質瀝青及低于約50重量％(較佳介于約1重量％至約45重量％之間，更佳介于約3重量％至約45重量％之間)的閃蒸劑。將該閃蒸劑添加至該瀝青中同時加熱并混合以形成分散體。該紡絲混合物中可添加其他可選成分，例如，不超過約4重量％的分散劑及/或不超過約20重量％的增塑劑。
在準備紡絲的過程中，通常在一閃蒸裝置中將紡絲混合物加壓加熱至足夠流化混合物各成分的溫度，該溫度通常大于熔點最高的成分的熔點及閃蒸劑的常壓沸點。紡絲混合物的最終溫度較佳比閃蒸劑的常壓沸點高至少50℃。為了在紡絲前消除蒸發(fā)閃蒸劑的步驟，應將紡絲裝置內的壓力保持高于紡絲混合物自身的壓力，即由加熱該紡絲混合物產生的蒸汽壓力。一較佳壓力范圍介于3447至10342千帕(500至1500磅/平方英寸[表壓])之間。
適宜的閃紡裝置包括闡述于美國專利第5,023,025號(其以引用的方式并入本文中)中的雙室式裝置及本申請案圖10所示的裝置。參照圖10，裝置1包括一環(huán)繞以一加熱夾套20的壓力容器10。攪拌器31包括一電動機驅動裝置30及一自驅動裝置30延伸至容器10內部的軸35。軸35包括一平漿式攪拌機45。一流體管道60在容器10的內部及控制塊80的入口側之間延伸。管道60的一端65延伸至紡絲混合物67的料位以下，而其另一端與控制塊80連接以在容器10及控制塊80之間提供一液體管道?？刂茐K80包括一可選壓力調節(jié)閥85，其緊鄰于紡絲噴嘴90之前?？刂茐K80亦包括一可選過濾器95，用以移除粒子并防止污染紡絲噴嘴。
隨著加熱、混合及加壓，紡絲混合物經噴絲孔(例如噴絲板)進入一具有更低溫度及壓力(通常為環(huán)境溫度及壓力)的區(qū)域。本文闡述的閃紡混合物可提供高達90.7千克(200磅)紡絲混合物/小時·每一直徑為0.762毫米(0.030英寸)噴絲板毛細孔的高閃蒸速率。此對應于119.3千克(263磅)/小時·平方毫米噴絲板截面積的閃蒸速率。
當紡絲混合物離開噴絲板時，閃蒸劑的迅速(幾乎是瞬時的)蒸發(fā)使紡絲混合物中的碳質瀝青成分抽長并固化(驟冷)以形成瀝青纖維。紡絲混合物中水性成分的蒸發(fā)也在瀝青上施加一拉力，此使中間相域沿其長度方向取向。蒸發(fā)過程中的能量亦會使所得纖維斷裂，從而生產出短且不連續(xù)的復絲瀝青形式，如(例如)圖1-2所示。
然后，較佳使用傳統方法穩(wěn)定該復絲瀝青纖維以提高該材料的熔點。經穩(wěn)定后，該等纖維可在600至1700℃(較佳為1000-1500℃之間)碳化及/或在高于約1700℃(較佳為約1700℃至3200℃之間)石墨化，以形成高強度碳纖維及/或石墨纖維。
在給定溫度下，可根據需要改變工藝條件(例如，閃蒸劑的量及壓力)以控制所得瀝青纖維的形式。例如，若紡絲混合物中的閃蒸劑含量增加且對噴絲板上游區(qū)域中的紡絲混合物施加較高壓力，則通常閃紡產品將為較短的復絲瀝青纖維或類似粉末的小顆粒。若紡絲混合物中的閃蒸劑含量降低且對噴絲板上游區(qū)域中的紡絲混合物施加較低壓力，則通常閃紡產品將由較長且較粗的復絲纖維組成且可形成泡沫狀材料。
較佳地，復絲瀝青/碳纖維的長度介于約100微米至約5000微米之間(更佳為介于100微米至1000微米之間)，其直徑介于約10微米至約100微米之間，其縱橫比介于5∶1至500∶1之間(更佳介于5∶1至50∶1之間)。該等纖維較佳具有0.05至0.5克/立方厘米的體積密度，使用闡述于ASTM D-4292中的檢測程序測量。
復絲纖維具有一非線性、具支鏈、高度不規(guī)則的三維形態(tài)。該些纖維易于與使用傳統(熔融紡絲或吹紡)工藝生產的圓柱形、棒狀纖維區(qū)分開來。該種閃紡纖維包含內部空穴且具有與傳統工藝制備的通常光滑的碳纖維表面相比更加不規(guī)則的表面。當該等復絲纖維由一液體晶態(tài)中間相瀝青閃紡而得時，該等中間相區(qū)域基本上沿該等纖維的縱軸方向高度拉伸。
該些特征(即，具支鏈或不規(guī)則形態(tài)形式)及不均勻表面對增加閃紡復絲纖維與其他材料(尤其是該等復絲纖維可包埋于其中的聚合物樹脂)的相容性很重要。例如，當將本發(fā)明提供的復絲纖維納入一樹脂材料(例如，熱塑性聚合物)或一可固化樹脂(例如，一環(huán)氧樹脂)中時，其復雜的形態(tài)及松松結構為該樹脂及纖維提供了良好的物理性偶合。該等復絲纖維的總體不規(guī)則形態(tài)亦可改善其與聚合物基質的相容性，因而可減少或消除進行任何纖維表面處理的需要。
作為非限制性實施例，該等復絲纖維可結合于并納入一或多種材料中，所述材料包括熱塑性材料、熱固性材料、橡膠及其混合物。其中可包含任何可改良聚合物樹脂的導電或傳熱性質或強度的數量的復絲纖維。通常樹脂中可包含微量復絲碳纖維，例如介于約5重量％至最高約60重量％之間，然而較佳裝載量介于約5重量％至約40重量％之間以保持樹脂材料的其他物理性質。
復絲纖維可與其他碳質材料(例如，自瀝青熔融紡絲或吹紡所得的傳統碳纖維及由聚丙烯腈基碳質纖維生產的纖維)混合并納入一樹脂基質中。該些纖維的任一種均可經粉碎、磨散或短切至一適宜尺寸?？膳c復絲纖維混合的碳質材料的其他非限制性實施例包括焦炭及經粉碎的石墨，其可為合成形式或自然存在的形式。該碳質材料可為(但不一定必須為)自然界中的石墨。
衍生自本文所述瀝青纖維的復絲碳纖維及石墨纖維可通過該技術領域中已知且使用的傳統方法(例如使用一擠出機或其他裝置)納入一樹脂中?；蛘撸蓪y定量的復絲纖維與一粉碎形式(即小球、顆?；蚍勰?的樹脂預混合形成一預混物，然后該預混物可由(例如)熔融該聚合物而加以流化。
復絲纖維的三維結構可在低裝載量下于樹脂內提供高度纖維間接觸，與類似裝載量的傳統碳質纖維(例如，由吹紡或熔融紡絲工藝生產的傳統碳纖維、由該些工藝生產的石墨化纖維及包括已粉碎的自然存在或合成的碳及石墨的其他形式的碳纖維)相比，該高度纖維間接觸可增強樹脂基質的傳熱及/或導電系數。與傳統碳質纖維相比，低體積密度纖維及纖維基質的三維結構在給定裝載量下也占據了較大的體積，這將提供相對輕質的復合材料結構。纖維中的內部空穴是造成所得復合材料具有輕質特性的另一原因。
另外，也可控制纖維收集貯器的條件以使用纖維生產多種結構。例如，自噴絲板噴出的瀝青纖維可收集于一其溫度低于紡絲溫度但高于室溫的受熱表面上。當其與該表面接觸時，該等瀝青纖維輕微熔融并相互連接形成三維骨架。若該受熱表面為一移動帶，可可控制該帶的速度以獲得期望的材料厚度。當該收集表面冷卻后，可移除所得結構并隨后碳化或石墨化以形成一高強度多孔膜。通常，該多孔膜的厚度介于約100微米至約1000微米(0.004英寸至0.04英寸)之間。如圖11所示，該薄膜的平均孔徑為約150微米且包括平均直徑約為25微米的互連支撐。在閃紡工藝期間當水性紡絲混合物蒸發(fā)時施于該等支撐的拉伸應力可提供優(yōu)于傳統多孔碳結構的機械性能。
多孔薄膜可作為一過濾器或一吸收構件或作為一防電磁輻射的屏蔽用于(例如)醫(yī)學裝置、電子裝置、供電設備、催化劑載體中。該膜亦可用聚合物浸漬并制成強化復合材料以利用其增強的機械性能。另外，上述連續(xù)碳骨架亦會使經聚合物浸漬的薄膜具有高度傳熱及導電性。
本發(fā)明的其他具體實施例，包括某些較佳實施例的闡述，將在下面的實施例中詳細闡述。
實施例實施例1一溶合中間相瀝青由精制傾析油通過熱裂化及浸取制備，如美國專利第5,259,947號及第5,437,780號中所闡述者，其以引用的方式并入本文中。使用偏振光顯微鏡測定剛破裂表面的結果表明，該溶合中間相瀝青中95％的面積為各向異性。該瀝青由約20重量％(以瀝青的總重量計)的甲苯溶合。
一紡絲混合物由混合下述形成20克經粉碎的溶合中間相瀝青、14克水、50滴甲苯(大約2毫升以彌補溶合溶劑的蒸發(fā)損失)及0.1克表面活性劑(其可以商品名Fluorad FC-98自3M公司，St.Paul，MN購得)。該紡絲混合物包括40重量％的閃蒸劑。
然后在美國專利第5,023,025號中闡述的雙室式閃紡裝置中將該混合物加熱至210℃。當該樣品熔融后，使其通過一內部靜止混合器而在該雙室式閃紡裝置內混合之。
當該裝置的溫度平衡后，施加一8274千帕(1200磅/平方英寸[表壓])的恒定壓力，由此使該材料通過0.762毫米(0.030英寸)的噴絲板。所得的不連續(xù)且伸長的復絲瀝青纖維沿其縱軸具有一明顯取向。但仍然發(fā)現一可見的不規(guī)形態(tài)。該瀝青纖維經固化固化并收集于一網板上。該等纖維的形狀及結構如圖1A及1B所示。其通過0.762毫米(0.030英寸)噴絲孔的生產速度為54.4千克/小時(120磅/小時)。
實施例2將20克中間相瀝青Mitsubishi Gas Chemical ARA 200與14克水及0.1克表面活性劑Fluorad FC-98混合以形成一紡絲混合物，將該紡絲混合物裝載于實施例1所述的雙室式閃紡裝置中并將該裝置加熱至210℃。該瀝青的混合通過在該些室間施加2758千帕(400磅/平方英寸[表壓])的差壓而使該材料通過一位于該閃紡裝置內的靜止混合器達成。
當溫度平衡后，施加5861千帕(850磅/平方英寸[表壓])的恒定壓力，并使該材料通過0.762毫米(0.030英寸)的噴絲孔。所得的不連續(xù)且伸長的復絲瀝青纖維沿其縱軸具有一明顯取向。但仍然發(fā)現一可見的不規(guī)則形態(tài)。將該經取向的復絲瀝青纖維收集于一網板上。圖2A、2B及圖3展示了該實施例纖維產品的復絲結構及伸長的中間相區(qū)域。
比較實施例1一紡絲混合物由混合下述形成20克實施例1的溶合中間相瀝青、50滴甲苯及0.1克表面活性劑Fluorad FC-98，但該混合物中不包括閃蒸劑。將該混合物置于實施例1闡述的雙室式閃紡裝置中并加熱至210℃。使該混合物通過一位于該閃紡裝置中的內部靜止混合器來混合該瀝青樣品。當該裝置的溫度穩(wěn)定后，通過施加8894千帕(1200磅/平方英寸[表壓])的壓力而使該瀝青通過0.762毫米(0.030英寸)的噴絲板。當瀝青離開該紡絲裝置時其類似于“面條”狀。該瀝青不會立即冷卻或硬化。相反，其滴至收集區(qū)域且固化為一無方向、不含塊狀物的形式。
實施例3一溶合中間相瀝青由精制傾析油通過熱裂化及超臨界溶劑浸取步驟制備，如美國專利第5,032,250號中所闡述者，其以引用的方式并入本文中。該溶合中間相瀝青包含85重量％瀝青及15重量％溶劑混合物，該溶劑混合物包含菲及一作為瀝青生產中的副產物獲得的溶劑，該溶劑包含分子量約為150-400且具有1-4個環(huán)的芳族化合物。一紡絲混合物由混合下述形成20克中間相瀝青、6克水作為閃蒸劑、0.3克PVA(聚乙烯醇)作為分散劑及3克甲苯作為增塑劑。將該紡絲混合物裝載于實施例1中所述的雙室式閃紡裝置中，加熱至230℃并通過在該些室間施加差壓使該流體通過一位于該裝置內的靜止混合器予以混合。當該裝置的溫度平衡后，施加一5378千帕(780磅/平方英寸[表壓])的壓力以使該材料通過0.762毫米(0.030英寸)的噴絲孔。可生產出一精細復絲瀝青纖維墊。
實施例4制備兩種紡絲混合物并將其紡為下述纖維。在實施例1所述的雙室式紡絲裝置內通過實施例3所述的方法實施紡絲。結果展示于下表1中。
表1

盡管通過無表面活性劑的紡絲生產的纖維稍短且較寬，但兩種紡絲均可生產良好的復絲纖維。該等纖維展示于圖5中。
實施例5及比較實施例2制備五種紡絲混合物并將其紡為下述纖維。在實施例1所述的雙室式紡絲裝置內通過實施例3所述的方法實施紡絲。結果展示于下表2中。
表2

使用無閃蒸劑的對比混合物C2不能生產纖維。實施例5A及5B可生產纖維但沒有足夠的能力生產良好的復絲。實施例5C、5D及5E皆獲得一高產率的復絲碳纖維。
實施例6一紡絲混合物由混合下述形成25克中間相瀝青MitsubishiGas Chemical ARA 200、2.5克水作為閃蒸劑及3.7克菲作為增塑劑。將該紡絲混合物裝載于實施例1中所述的雙室式閃紡裝置中并加熱至255℃。該混合物通過在該些室間施加差壓使該流體通過一該裝置內的靜止混合器來混合。當該裝置的溫度平衡時，施加一6433千帕(933磅/平方英寸[表壓])的壓力以使該材料通過0.762毫米(0.030英寸)的噴絲孔。由此可生產出致密的復絲瀝青纖維。測得體積密度為0.155克/立方厘米。振動后的體積密度經計算為0.23克/立方厘米。該纖維的表面結構在顯微鏡下看起來稍微有點濕。
實施例7及對比實施例3一溶合中間相瀝青通過在300℃及約827千帕(120磅/平方英寸[表壓])下液/液萃取中間相瀝青Mitsubishi Gas Chemical ARA200與4重量份數1，2，3，4-四氫化萘獲得。將所獲得的產率為64％的干燥不溶物與菲以7∶2的比例溶合以形成一經菲溶合的中間相瀝青。該些干燥不溶物在355℃下軟化且在397℃下熔融。該經菲溶合的中間相瀝青在206℃下流化。
紡絲混合物使用經菲溶合的中間相瀝青及水制備并將該些混合物紡成下述纖維。在一實施例1所述的雙室式紡絲裝置內通過實施例3所述的方法實施紡絲。結果展示于下表3中。
表3

使用無閃蒸劑的對比混合物C3在閃蒸溫度232℃下不能生產纖維。實施例7A、7B及7C在類似閃紡溫度下可生產出優(yōu)良的長復絲。該等纖維具有光澤外觀，且可在實施例7C的產品中觀察到縱橫比很高(至少為500∶1)的線狀纖維。自實施例7C獲得的復絲纖維帶有很強的靜電同時自含水量較高的實施例生成的纖維可形成一良好的墊。此結果表明當將水納入該紡絲混合物時，水也將作為抗靜電劑。
實施例8一紡絲混合物通過混合30克實施例7所述的經菲溶合的中間相瀝青與2克水來制備。將該混合物裝載于實施例1中所述的雙室式閃紡裝置中并在245℃下熔融。通過使該紡絲混合物通過一內部靜止混合器來混合之；然后將該混合物加壓至4826千帕(700磅/平方英寸[表壓])并在4.6秒內通過0.762毫米(0.030英寸)的噴絲孔排出以生產絨毛狀復絲瀝青纖維。紡絲速率為23.6公斤(52磅)/小時。該纖維墊的體積密度為0.83克/立方厘米且振動后的體積密度為0.114克/立方厘米。通常自該樣品獲得的單絲的長度為約2毫米且包含平均直徑為25微米的絲段；然而，某些絲段為6至7毫米長。由于該些纖維的結構復雜，因而直徑變化范圍較大。
制備6批纖維以生產復絲纖維用于在復合材料中進行測試。該等瀝青纖維在一開口容器內于空氣存在下表現出氧化穩(wěn)定性。將該等纖維以5℃/分鐘自室溫(約20℃)加熱至200℃，在此溫度下保持10小時，然后以5℃/分鐘的速度加熱至240℃，在240℃下保持9小時，然后以5℃/分鐘的速度加熱至270℃并最后在270℃下保持5小時。該等經氧化的復絲纖維通過在一惰性氣氛中以25℃/分鐘的速度自270℃加熱至2500℃并在2500℃下保持20分鐘來進行石墨化。
實施例9實施例8的石墨化復絲碳纖維通過在一水性漿液中劇烈攪拌而粉碎然后干燥。該等經干燥纖維的氦密度為2.18，其用以指示最小閉孔性。體積密度為0.101克/立方厘米，振動后體積密度為0.147克/立方厘米。該等纖維的形狀分析概括于下表4中表4

復合板通過手工混合經石墨化的復絲碳纖維與以商品名EPON828/TETA環(huán)氧自Shell Oil公司購得的樹脂來制備。該等石墨化復絲碳纖維在該等復合板中占40重量％，構成復合板100重量％的其余成分為EPON 828/TETA環(huán)氧。將該混合物傾倒至12.7厘米×17.8厘米(5英寸×7英寸)的模具中并在室溫下于一加載20,000磅/平方英寸負荷的壓呢機中固化過夜。該固化板經精加工以生產12.7厘米×17.8厘米×0.95厘米(5英寸×7英寸×3/8英寸)厚的測試板。
在50℃下測量三塊測試板的全厚度熱傳導系數。各板的平均值為4.4W/mK。復合材料的密度平均為1.352克/立方厘米。為了進行比較，測試EPON 828/TETA的全板熱傳導系數為0.25W/mK。
另一比較測試板通過將20重量％經粉碎并經3000℃下熱處理的合成石墨及20重量％經2500℃下熱處理的瀝青碳纖維加入EPON828/TETA中來制備。測試此板的全板熱傳導系數為0.25W/mK。
如圖4所示，與不含任何纖維的環(huán)氧相比，石墨化纖維至少可將所得復合材料的熱傳導系數提高1700％(4.4W/mK對0.25W/mK)。而且，該包含40重量％閃紡纖維的復合材料的熱傳導系數幾乎兩倍于包含20重量％合成石墨及20重量％傳統熔融紡絲中間相瀝青碳纖維的復合材料的熱傳導系數。
實施例10熔點介于約390℃至約450℃間的碳質瀝青與一溶劑混合物混合以制備溶合中間相瀝青，如美國專利第5,032,050號中所闡述者。該溶劑混合物包含作為主要成分的菲及少量作為瀝青生產的副產物獲得的溶劑混合物，該溶劑混合物包含具有1-4個環(huán)且分子量約為150-400的芳族化合物。將該溶合瀝青與作為增塑劑的二甲苯及作為閃蒸劑的水混合。添加各種量的以商品名Rosin S自Westvaco公司購得的松香作為分散劑以形成下表5列出的紡絲混合物。
該等紡絲混合物用圖10所示裝置紡成纖維。紡絲溫度為275℃，壓力為1000磅/平方英寸[表壓]且噴嘴直徑為0.020英寸。
表5

如該表數據顯示，紡絲速度隨松香量的增加而提高，且所生產的具有足夠小粒徑以通過泰勒325目篩(平均粒徑＜42微米)的復絲碳纖維的百分比也會增加。自上述可以看出，松香的用量增加將會增加紡絲速度并使較小復絲纖維的產量增加。該等纖維展示于圖8A及8B，且6A及6B展示包埋于一環(huán)氧樹脂中的纖維。
實施例11對此處每一實施例，皆首先用二甲苯抽提實施例10的溶合中間相瀝青以使溶劑量降至不高于2重量％并形成一干燥中間相瀝青。該干燥中間相瀝青與菲以下表6載明的量混合并與水混合形成紡絲混合物。向一紡絲混合物中添加實施例10所用的松香，而另一紡絲混合物中則不添加松香。用實施例10所述的壓力容器并通過其中所述的方法將該些混合物紡成纖維。所有實施例中的紡絲噴嘴直徑皆為0.020英寸。對于紡絲混合物11A及11B，其溫度為300℃且其壓力為1200磅/平方英寸[表壓]。結果展示于下表6中。
表6

如該表數據顯示，300℃的紡絲溫度對于不含松香的實施例11A而言過低以致于不能紡成纖維。然而，實施例11B的結果表明其可生產良好的具有低體積密度的復絲纖維，低體積密度是特別“卷曲”復絲纖維的特征。該些實施例表明松香在該紡絲混合物中且在該些紡絲條件下具有增塑功能。
實施例12
對于下述各實施例，將實施例11所述的61.6克經二甲苯抽提的干燥瀝青樣品與23.4克實施例10所述的溶劑混合物混合以形成包含28重量％的溶劑的溶合瀝青。然后將該溶合瀝青與10.3克水混合以形成一紡絲混合物。
向其中一紡絲混合物中添加1.0克以商品名M-28B自Westvaco公司購得的松漿油，而第二紡絲混合物中則不添加松漿油。用實施例10所述的壓力容器并通過其中所述的方法將該些混合物紡成纖維。該紡絲溫度為292℃，壓力為1050磅/平方英寸[表壓]且噴嘴直徑為0.030英寸。結果展示于下表7中。
表7

如該表數據顯示，通過使用松漿油作為分散劑可使所生產的具有足夠小粒徑以通過泰勒325目篩(平均粒徑＜42微米)的復絲碳纖維的百分比增加。降低的體積密度亦表明該等復絲纖維的“卷曲”特性。
實施例13將實施例10的溶合中間相瀝青與作為增塑劑的二甲苯及作為閃蒸劑的水及作為分散劑的不同量的Rosin S(例如自Westvaco購得者)混合以形成紡絲混合物。該些材料中每一種的具體用量皆列于下表8中。
用實施例10所述的壓力容器并通過其中所述的方法將該些混合物紡成纖維。在所有實施例中紡絲噴嘴的直徑均為0.020英寸。用于紡絲混合物13A的溫度為275℃，且壓力為1000磅/平方英寸[表壓]，而對于實施例13B的紡絲混合物，其溫度為280℃且壓力為1000磅/平方英寸[表壓]。該等纖維展示于圖7A及7B中。
表8

實施例14通過用二甲苯抽提由精制傾析油通過熱裂化及超臨界溶劑萃取步驟制備的溶合中間相瀝青(如實施例11所述)來獲得一非溶合中間相瀝青，以將中間相瀝青中的溶劑含量降至不大于2％。將該干燥相瀝青與作為增塑劑的1，2，3，4-四氫化萘及作為閃蒸劑的水及作為分散劑的不同量的Rosin S(例如自Westvaco購得者)混合以形成紡絲混合物。
用實施例10所述的壓力容器并通過其中所述的方法將該些混合物紡成纖維。在所有實施例中紡絲噴嘴直徑皆為0.020英寸，且紡絲溫度為285℃。實施例14A的壓力為1000磅/平方英寸[表壓]而實施例14B的壓力為1150磅/平方英寸[表壓]。結果展示于下表9中。
表9

實施例15通過用二甲苯抽提由精制傾析油通過熱裂化及超臨界溶劑萃取步驟制備的溶合中間相瀝青(如實施例11所述)來獲得一非溶合中間相瀝青，以將中間相瀝青中的溶劑含量降至不大于2％。如實施例13所述將該干燥中間相瀝青與以50∶50混合的兩種增塑劑(二甲苯及主要包含菲的溶劑混合物)混合。向此組合物中添加作為閃蒸劑的水及作為分散劑的不同量的Rosin S(例如自Westvaco購得者)以形成一紡絲混合物。該些材料的每一具體用量均列于下表10中。
用實施例10所述的壓力容器并通過其中所述的方法將該些混合物紡成纖維。該紡絲噴嘴直徑為0.020英寸，對于15A而言紡絲溫度為275℃且對于15B而言則為295℃，且壓力為1000磅/平方英寸[表壓]。
表10

實施例16將2磅以商品名Zytel 101自E.I.DuPont de Nemours公司(Wilmington，DE)購得的熔點為263℃的組合物Nylon 66引入傳統的Braebender單螺桿擠出機中。將該4-區(qū)域Braebender擠出機的工作區(qū)域(即自該裝置的入口至出口端的4個區(qū)域)的工作溫度分別設定為470°F、500°F、500° F及500°F。該螺桿以120轉/分作業(yè)，且長徑比為1∶24。
根據實施例11-15生產的復絲瀝青纖維的混合物通過以下穩(wěn)定(1)在空氣中以3℃/分鐘的速率將該等瀝青纖維自室溫加熱至260℃；(2)將該等纖維于260℃下保持30分鐘；及(3)將該等纖維自然冷卻至室溫。整個穩(wěn)定時間約為0.8小時。然后于2500℃下將該等經穩(wěn)定的纖維石墨化30分鐘。
向該裝置的入口供給混合有10重量％裝載量石墨化復絲纖維的顆粒化Nylon 66組合物。當擠出物剛離開擠出機后在水浴中驟冷形成條，隨后用傳統裝置對該等經冷卻及驟冷的條切粒。
所得該等顆粒包含約91重量％的Nylon 66及9重量％的復絲瀝青纖維。
然后將該些顆粒樣品供給一5×7英寸且厚度約為英寸的模具。該些顆粒通過在加熱壓呢機中加熱予以流化，然后向該模具施加12噸的壓力。然后移去模具并冷卻之，并自模具移出所得的模壓板。隨后將該經冷卻的模壓板加工為厚度約為英寸、直徑為2英寸的盤。然后根據ASTM-F-433-98測試該盤，以確定尼龍/復絲碳纖維混合物的熱傳導系數。結果表明，該樣品的熱傳導系數為0.58W/mK，其約為純Nylon 66的熱傳導系數的2倍以上。該直徑為2英寸的盤的密度亦經測定為1.09克/立方厘米。
實施例17在下述實施例中，復合板通過人工混合一或多種下表所列的碳材料及Epon 828/TETA環(huán)氧來制備。包含于每一樣品復合板中的碳材料的形式及數量均示于下表11中。構成每一組合物100重量％的其余成分為Epon 828/TETA環(huán)氧。
制備每一組合物時均首先通過預混合碳材料(若包含2或多種碳材料)以形成一干燥預混合物。然后各以1∶2份的比例來混合硬化劑與環(huán)氧，并隨后人工加入該等碳材料并混合以保證其在Epon828/TETA環(huán)氧內的分散良好。此后，將每一混合物傾倒至5英寸×7英寸約厚1/4英寸的模具中，并使其在室溫下于一加載有12噸負荷的壓呢機中過夜固化。隨后自模具移出每一固化板。然后加工每一板以制成直徑為2英寸的盤，每一盤皆厚約英寸。根據ASTM-F-433-98測試每一盤，以確定每一樣品的熱傳導系數。該評價的結果示于圖9中。
就包含于一或多個樣品中的碳材料的性質而言，該復絲碳纖維為一根據實施例11-15生產的復絲碳纖維的混合物，其在圖9中稱為“原纖維”。圖9及下表11所涉及的纖維是傳統的短切及石墨化中間相瀝青碳纖維，其平均長度約為1毫米且直徑約為10微米。該些碳纖維系由美國專利第5,259,947號、第5,437,780號、第5,540,832號或第5,501,788號中之一或多個專利中所述類型的溶合瀝青紡成。該些纖維通過傳統的紡絲技術紡成線性纖維，然后經穩(wěn)定、碳化及石墨化并隨后摻雜于根據此實施例的組合物中。平均粒徑約為125-150微米的高純度、微細合成石墨材料可以商品名Thermocarb自Conoco公司(Houston，TX)購得。
表11

由圖9所示的結果可以看出，，復絲碳纖維(原纖維)與合成石墨(Thermocarb)或復絲碳纖維(原纖維)與經石墨化短切的中間相瀝青碳纖維的混合物皆對根據ASTM-F-433-98測試的觀測熱傳導系數提供了協同改良作用。
實施例18制備一包含61.6克中間相瀝青、23.4克菲、10.3克水及0.95克松漿油的紡絲混合物。在245℃紡絲溫度及570磅/平方英寸[表壓]的壓力下閃紡該紡絲混合物。將所得瀝青纖維收集于一溫度保持在150-200℃的受熱基板上以形成一多孔薄膜。
實施例19制備一包含300克溶合中間相瀝青(含有15重量％如實施例10所述的溶劑混合物)、53.0克水及14.7克松香的紡絲混合物。在300℃的紡絲溫度及1200磅/平方英寸[表壓]的壓力下閃紡該紡絲混合物。將所得瀝青纖維收集于一溫度保持在200-250℃的受熱基板上以形成一多孔薄膜。
所屬技術領域的技術人員根據本文所揭示的說明書或本發(fā)明之實施可易于了解本發(fā)明的其他實施例。本說明書僅擬作為例示性，本發(fā)明的真實范圍及精神皆闡述于隨附權利要求中。
權利要求
1.一種非線性復絲瀝青纖維，其直徑為10-100微米、長度為100-5000微米且縱橫比為5∶1至500∶1。
2.如權利要求1所述的纖維，其中該纖維的體積密度介于0.05至0.5克/立方厘米之間。
3.如權利要求1所述的纖維，其中該纖維含有內部空穴。
4.如權利要求1所述的纖維，其中該纖維具有經取向的連續(xù)的石墨區(qū)域。
5.一種非線性復絲碳纖維或石墨纖維，其直徑為10-100微米、長度為100-5000微米且縱橫比為5∶1至500∶1。
6.如權利要求5所述的纖維，其中該纖維的體積密度介于0.05至0.5克/立方厘米之間。
7.如權利要求5所述的纖維，其中該纖維含有內部空穴。
8.如權利要求5所述的纖維，其中該纖維具有經取向的連續(xù)的石墨區(qū)域。
9.如權利要求5所述的纖維，其中該纖維的長度為100-1000微米且縱橫比為5∶1至50∶1。
10.一種包含如權利要求5所述的纖維的樹脂。
11.如權利要求10所述的樹脂，其中該樹脂裝載有介于約5重量％至約60重量％的該纖維。
12.如權利要求11所述的樹脂，其中該樹脂為一環(huán)氧樹脂。
13.如權利要求10所述的樹脂，其進一步包含一選自焦炭、石墨及傳統碳纖維的第二材料。
14.一種包含如權利要求5所述的纖維的薄膜。
15.一種用于制備纖維的方法，該方法包括(a)提供一紡絲混合物，其包含一由下述形成的分散體(i)過量碳質瀝青，及(ii)一閃蒸劑；(b)使該紡絲混合物自一高壓區(qū)域穿過一噴絲孔至一低壓區(qū)域以形成瀝青纖維。
16.如權利要求15所述的方法，其進一步包括進一步處理該瀝青纖維以形成碳纖維及石墨纖維之一。
17.如權利要求15所述的方法，其中該紡絲混合物包含水。
18.如權利要求15所述的方法，其中該閃蒸劑為水。
19.如權利要求15所述的方法，其中該瀝青為中間相瀝青。
20.如權利要求15所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一分散劑。
21.如權利要求20所述的方法，其中該分散劑選自松香、松漿油及其混合物。
22.如權利要求15所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一增塑劑。
23.如權利要求22所述的方法，其中該增塑劑為一芳族溶劑。
24.如權利要求20所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一增塑劑。
25.如權利要求24所述的方法，其中該增塑劑為一芳族溶劑。
26.如權利要求23所述的方法，其中該溶劑包含一選自以下化合物甲苯、二甲苯、菲、1，2，3，4-四氫化萘、溶劑混合物及其混合物，其中該等溶劑混合物包含具有1-4個環(huán)的芳族化合物，其中該等芳族化合物的分子量約為150-400。
27.如權利要求25所述的方法，其中該溶劑包含一選自以下化合物甲苯、二甲苯、菲、1，2，3，4-四氫化萘、溶劑混合物及其混合物，其中該等溶劑混合物包含具有1-4個環(huán)的芳族化合物，其中該等芳族化合物的分子量約為150-400。
28.如權利要求15所述的方法，其中該紡絲混合物包含約55重量％至約99重量％的碳質瀝青及約1重量％至約45重量％的閃蒸劑，總數為100重量％。
29.如權利要求28所述的方法，其中該紡絲混合物包含水。
30.如權利要求28所述的方法，其中該閃蒸劑為水。
31.如權利要求28所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一不超過約8重量％的分散劑。
32.如權利要求28所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一不超過約4重量％的分散劑。
33.如權利要求31所述的方法，其中該分散劑為一化合物，其選自松香、松漿油及其混合物。
34.如權利要求32所述的方法，其中該分散劑為一化合物，其選自松香、松漿油及其混合物。
35.如權利要求28所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一不超過約20重量％的增塑劑。
36.如權利要求35所述的方法，其中該增塑劑為一芳族溶劑。
37.如權利要求36所述的方法，其中該芳族溶劑選自下列甲苯、二甲苯、菲、1，2，3，4-四氫化萘、溶劑混合物及其混合物，其中該等溶劑混合物包含具有1-4個環(huán)的芳族化合物，其中該等芳族化合物的分子量約為150-400。
38.如權利要求15所述的方法，其中將該紡絲混合物加熱至一至少比該閃蒸劑的常壓沸點高50℃的溫度。
39.如權利要求15所述的方法，其中該高壓區(qū)域的壓力為500-1500磅/平方英寸[表壓]。
40.一種用于制備一聚合物樹脂的方法，該方法包括(a)提供一紡絲混合物，其包含一約55重量％至約99重量％的碳質瀝青及一約1重量％至45重量％的閃蒸劑；(b)在一高壓區(qū)域內加熱及加壓該紡絲混合物；(c)使該紡絲混合物自該高壓區(qū)域通過一噴絲板至一低壓區(qū)域以形成瀝青纖維；(d)處理該瀝青纖維以形成碳纖維及石墨纖維之一；及(e)將該碳及/或石墨纖維納入一聚合物樹脂中。
41.如權利要求40所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一不超過約4重量％的分散劑。
42.如權利要求41所述的方法，其中該分散劑為一化合物，其選自松香、松漿油及其混合物。
43.如權利要求40所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一不超過約20重量％的增塑劑。
44.如權利要求43所述的方法，其中該增塑劑為一芳族溶劑。
45.如權利要求44所述的方法，其中該芳族溶劑選自下列甲苯、二甲苯、菲、1，2，3，4-四氫化萘、溶劑混合物及其混合物，其中該等溶劑混合物包含具有1-4個環(huán)的芳族化合物，其中該等芳族化合物的分子量約為150-400。
46.如權利要求40所述的方法，其中該樹脂裝有介于約5重量％至約60重量％間的碳纖維及/或石墨纖維。
47.如權利要求46所述的方法，其中該樹脂為一環(huán)氧樹脂。
48.如權利要求40所述的方法，其中該樹脂進一步包含一選自焦炭、石墨及傳統碳纖維的第二碳質材料。
49.一種提高聚合物樹脂的傳熱及/或導電系數的方法，該方法包括將一碳纖維納入該樹脂中，該碳纖維衍生自一閃紡混合物，該閃紡混合物包含約55重量％至約99重量％的碳質瀝青及約1重量％至約45重量％的閃蒸劑。
50.如權利要求49所述的方法，其中該閃蒸劑為水。
51.如權利要求49所述的方法，其中該紡絲混合物進一步包含一不超過約4重量％的分散劑，該分散劑選自松香及松漿油。
52.一種用于制備一多孔薄膜的方法，該方法包括(a)提供一包含過量碳質瀝青于一閃蒸劑中的分散體的紡絲混合物；(b)使該紡絲混合物自一高壓區(qū)域通過一噴絲孔至一低壓區(qū)域以形成瀝青纖維；(c)將該等瀝青纖維收集于一加熱至高于室溫的基板上以形成一墊；及(d)進一步處理該墊以形成一多孔碳薄膜或石墨薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備纖維的方法，其包括(a)提供一種紡絲混合物，其包含一閃蒸劑及過量碳質瀝青的分散體；及(b)使該紡絲混合物自一高壓區(qū)域經一噴絲孔至一低壓區(qū)域以形成復絲瀝青纖維。視情況該瀝青纖維可經進一步處理以形成復絲碳纖維或石墨纖維，其可與一樹脂結合形成一輕質的傳導性復合材料。
文檔編號B01F17/52GK1537182SQ02814856
公開日2004年10月13日 申請日期2002年6月4日 優(yōu)先權日2001年6月5日
發(fā)明者W·G·亞當斯, H·希恩, B·S·沙哈, 龔小藝, W G 亞當斯, 沙哈 申請人:康納和菲利普公司